8月20日，神舟十二號(hào)乘組兩名航天員聶海勝、劉伯明，成功完成第二次出艙。就在幾天前，執(zhí)行天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船飛行任務(wù)的長征七號(hào)遙四運(yùn)載火箭運(yùn)抵文昌航天發(fā)射場。同時(shí)，執(zhí)行神舟十三號(hào)飛行任務(wù)的載人飛船及運(yùn)載火箭，正在酒泉發(fā)射場按計(jì)劃同步開展各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。我國載人航天工程進(jìn)入空間站階段后，多任務(wù)交叉并行成為工作常態(tài)。

文昌發(fā)射場。徐瑞哲 攝

今夏，深空探測方面，國家航天局探月與航天工程中心在京發(fā)放“嫦娥五號(hào)”任務(wù)的第一批月球科研樣品，標(biāo)志著月球樣品科學(xué)研究工作正式啟動(dòng)。那個(gè)去月球挖土的“嫦娥五姑娘”，帶著來自廣寒宮的“土特產(chǎn)”重返地球，也被稱為我國迄今最復(fù)雜的航天任務(wù)之一。事實(shí)上，“嫦五”從月面起飛、月球軌道交會(huì)對接和地月之間再入返回等60%以上的功能，均涉及軟件操控自行實(shí)現(xiàn)。在獲得科技進(jìn)步大獎(jiǎng)的團(tuán)隊(duì)助力下，她才圓滿完成中國無人探月“繞—落—回”三期工程的終章。

從天宮一號(hào)與神舟飛船自動(dòng)對接，到上海地鐵線首次實(shí)現(xiàn)無人駕駛，這些天地間奇跡的背后，正是由華東師范大學(xué)牽頭的《面向重大工業(yè)裝備核心控制軟件的安全可信保障技術(shù)及應(yīng)用》項(xiàng)目。我國航空航天、軌道交通、電力控制等安全攸關(guān)領(lǐng)域，因?yàn)檫@座2019年度上海市科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)而有了自主可控、高度可信的中樞神經(jīng)。

【工控軟件不能是一個(gè)個(gè)“黑盒子”】

僅空天領(lǐng)域，從神舟七號(hào)到風(fēng)云四號(hào)，這一特等獎(jiǎng)項(xiàng)目技術(shù)就在50余個(gè)航天任務(wù)中成功應(yīng)用。有意思的是，華東師大軟件工程學(xué)院陳儀香和蒲戈光兩位教授所在團(tuán)隊(duì)，還依托航天五〇二所承研的“航天嵌入式軟件可信性保障關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用”項(xiàng)目，獲得了2019年度北京市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

嵌入式軟件是航天器的重要組成部分，其可信性直接影響航天任務(wù)成敗。隨著我國航天事業(yè)的快速發(fā)展，嵌入式軟件的數(shù)量、規(guī)模和復(fù)雜性急劇增加，其可信性保障是國內(nèi)外公認(rèn)的重大挑戰(zhàn)。

幾十年來，為了提高航天嵌入式軟件的質(zhì)量，軟件工作者開展了大量的工作，取得了很好的成效。然而，動(dòng)態(tài)時(shí)序、控制行為和程序?qū)崿F(xiàn)等深層次的軟件問題仍時(shí)有發(fā)生。

總體而言，現(xiàn)有的研制方法對人的能力、經(jīng)驗(yàn)依賴較大；針對軟件研制中的部分問題有一些解決辦法，但還沒有形成系統(tǒng)的解決方案，很難滿足航天任務(wù)變化快、進(jìn)度緊、質(zhì)量高的需求。因此，研究系統(tǒng)的嵌入式軟件可信性保障理論、方法、工具和環(huán)境已非常迫切。

由此推而廣之，中國裝備制造業(yè)尚未足夠強(qiáng)大，不少方面也“缺芯少魂”，這“魂”就是軟件。長期以來，國內(nèi)大批設(shè)備依賴舶來引進(jìn)，甚至包括地鐵等軌交基礎(chǔ)設(shè)施也是以進(jìn)口為主，各有各的來路。隨著信息化、數(shù)字化、智能化，萬物運(yùn)行從獨(dú)立封閉狀態(tài)發(fā)展到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，如何確保關(guān)鍵領(lǐng)域的工控軟件不是一個(gè)個(gè)“黑盒子”，沒有后門也沒有漏洞？

在中國科學(xué)學(xué)院院士、華東師范大學(xué)軟件工程學(xué)院創(chuàng)院院長何積豐看來，這些都構(gòu)成了國家整體安全的基本支撐面，要形成一個(gè)巨大的安全保障閉環(huán)，就像繡花功夫一樣急也急不來。有些情況下，軟件缺陷稍縱即逝，卻慢慢累積著，一個(gè)周期連到下一個(gè)周期，一個(gè)部件影響下一個(gè)部件，最終以故障形式出現(xiàn)。軟件人和軟件分析工具就要像過電影畫面一樣一幀幀看，讓“時(shí)間切片”一步步走，確保每條代碼萬無一失。

【攻克軟件可信保障技術(shù)三大難題】

十年磨一劍，磨刀石在哪？“控制軟件是工業(yè)重大裝備的中樞，是國家利器。要讓它足夠鋒利，就需要優(yōu)良的磨刀石�！焙畏e豐這位軟件界程序統(tǒng)一理論學(xué)派的開創(chuàng)者說，“我們就是把鑄劍的磨刀石做好做精，這樣來提高重大裝備核心控制軟件的質(zhì)量，確保它們安全可信�！�

解放日報(bào)·上觀新聞?dòng)浾吡私獾�，�?008年1月起，作為上海市科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)項(xiàng)目第一完成人的何積豐院士，擔(dān)任國家自然科學(xué)基金委“可信軟件基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃首席科學(xué)家，支持全國科研院所涉及百業(yè)的相關(guān)課題達(dá)107項(xiàng)，迄今整整13年過去了。

作為上海市科技功臣和教育功臣，何積豐帶著整支團(tuán)隊(duì)沖上一線�！拔覀兊目茖W(xué)研究工作，是從產(chǎn)業(yè)實(shí)際出發(fā)，提煉科學(xué)問題；再通過研究成果的應(yīng)用，來驗(yàn)證我們的想法；最終形成核心技術(shù)，去解決國家所面臨的問題�！彼�說。而80后中，主持工作的軟件工程學(xué)院年輕院長陳銘松和團(tuán)隊(duì)成員一起，深入行業(yè)企業(yè)打交道、“破黑盒”，以解決軟件可信保障技術(shù)的三大難題。

比如，軟件復(fù)雜性“分析難”：一份用戶需求文件可能好幾百頁，同時(shí)存在網(wǎng)絡(luò)延遲多變等運(yùn)行環(huán)境的不確定性；又如，軟件正確性“驗(yàn)證難”：以主流航空航天器百萬行級(jí)別的大規(guī)模代碼為例，必須讓代碼自動(dòng)生成替代人工編寫代碼；再如，軟件可靠性“保障難”：接受國際測評標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)、投入大、周期長，軟件測試要占到開發(fā)成本一半左右。

“如果‘閉門造車’，可能‘水土不服’�！标愩懰山榻B，卡斯柯信號(hào)有限公司就是此次項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)深入的行業(yè)企業(yè)之一，也是項(xiàng)目攻關(guān)的參研單位之一。2012年何積豐院士團(tuán)隊(duì)與卡斯柯合作至今，其產(chǎn)品不僅已成功部署于上海軌道交通17號(hào)線，還服務(wù)于東非地區(qū)的第一條城市輕軌——埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴輕軌，后者也成為中國第一套“走出去”的自主列車運(yùn)行控制系統(tǒng)解決方案。

歷經(jīng)十余年深入研究、實(shí)操實(shí)戰(zhàn)，他們一屆一屆接力，攻克了三大難題，也讓近千名高端軟件人才從這個(gè)大項(xiàng)目平臺(tái)出發(fā)，走向全國近百家企業(yè)，投身于軌道交通、航空航天、汽車電子和電力控制等諸多領(lǐng)域。

【像淘寶一樣上網(wǎng)獲得共性軟件服務(wù)】

值得一提的是，在上海市科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)證書上，除了第一完成單位華東師大外，其余6家都是中電科、普華等企業(yè)�？梢哉f，一條產(chǎn)教學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的路徑，是這項(xiàng)“核高基”技術(shù)成功應(yīng)用的必經(jīng)之途。

卡斯柯研究設(shè)計(jì)院副院長周庭梁介紹，雙方依托院士專家工作站及上海軌道交通無人駕駛列控系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，針對卡斯柯自主研發(fā)的TRANAVI列車運(yùn)行控制系統(tǒng)的核心控制軟件，進(jìn)行了軟件形式化技術(shù)研究突破，產(chǎn)品滿足第三方國際評估機(jī)構(gòu)SIL4安全認(rèn)證要求。

來自申通地鐵集團(tuán)技術(shù)中心的技術(shù)總監(jiān)萬勇兵也透露，擁有700多公里里程、400余座車站的上海軌道交通，為對接國家自主可控戰(zhàn)略需求，聘請何積豐院士擔(dān)綱首席科學(xué)家，將高可信技術(shù)應(yīng)用于“智慧地鐵”建設(shè)之中，助力上海保持在國內(nèi)外城市軌交行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)先地位和持續(xù)快速發(fā)展。

不論是針對空天、汽車還是電力的中樞神經(jīng)，可控可信的共性技術(shù)即通用工具，用何積豐的話比方，就是讓不同行業(yè)的企業(yè)都能像淘寶一樣在網(wǎng)上獲得軟件服務(wù)。從體制機(jī)制層面上，在該項(xiàng)目支持下，作為支撐上�？苿�(chuàng)中心“四梁八柱”的重要?jiǎng)?chuàng)新力量——上海工業(yè)控制系統(tǒng)安全創(chuàng)新功能型平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，成為上海市首批推動(dòng)建設(shè)的18個(gè)研發(fā)與轉(zhuǎn)化功能型平臺(tái)之一。平臺(tái)骨干技術(shù)團(tuán)隊(duì)成員，不少也是來自華東師大軟件工程學(xué)院的教授，現(xiàn)已形成系統(tǒng)化的自主可控軟件開發(fā)工具鏈，覆蓋了重大工業(yè)裝備核心控制軟件開發(fā)的全生命周期。

數(shù)據(jù)顯示，這項(xiàng)特等獎(jiǎng)項(xiàng)目研究期間，共授權(quán)發(fā)明專利27項(xiàng)，獲得軟件著作權(quán)62項(xiàng)，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，出版英文專著1本，發(fā)表高水平論文60篇……總體上，項(xiàng)目面向各行各業(yè)新增直接經(jīng)濟(jì)效益和利潤累計(jì)超14.2億元，間接帶動(dòng)了千億產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)效益。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)表示，未來將繼續(xù)為國產(chǎn)大飛機(jī)、深空探測和下一代城市軌交列車運(yùn)行控制系統(tǒng)等重大國家級(jí)技術(shù)攻關(guān)提供共性技術(shù)，形成自主可控軟件人才和產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)，引領(lǐng)我國自主可控軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在國際上也形成高端裝備核心軟件的“中國造”品牌。他們說，“給國產(chǎn)裝備用，更要給國外設(shè)備用�！�

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